Номер 3, страница 80 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

Твёрдость металлов и сплавов — это их способность сопротивляться пластической деформации или разрушению при локальном контактном воздействии. Повышение твёрдоosti связано с созданием в кристаллической структуре материала препятствий для движения дислокаций — дефектов кристаллической решётки, которые отвечают за пластическую деформацию. Существует несколько основных способов повышения твёрдости:

• Легирование

  Этот метод заключается во введении в основной металл атомов других элементов (легирующих элементов). Эти атомы, замещая атомы основного металла в кристаллической решётке или внедряясь между ними, создают локальные искажения решётки. Эти искажения тормозят движение дислокаций, что приводит к увеличению твёрдости. Классическим примером является добавление углерода в железо для получения стали, которая значительно твёрже чистого железа.

• Термическая обработка

  Это изменение структуры и свойств материала путём контролируемых циклов нагрева и охлаждения. Основные виды упрочняющей термообработки:

  • Закалка: Быстрое охлаждение нагретого до высокой температуры металла (например, стали из аустенитного состояния). Это приводит к образованию неравновесных, пересыщенных твёрдых растворов с искажённой кристаллической решёткой (например, мартенсита в стали), которые обладают очень высокой твёрдостью.

  • Дисперсионное твердение (старение): Метод, применяемый для многих цветных сплавов (например, дюралюминия). Он включает закалку с последующей выдержкой при комнатной (естественное старение) или повышенной (искусственное старение) температуре. В процессе старения из пересыщенного твёрдого раствора выделяются мельчайшие частицы второй фазы, которые эффективно блокируют движение дислокаций.

  • Отпуск: Термообработка, проводимая после закалки для снижения хрупкости и внутренних напряжений при сохранении высокой твёрдости. В результате отпуска образуется более стабильная и вязкая структура.

• Пластическая деформация (наклеп)

  Это механическое упрочнение металла путём его деформации (прокаткой, волочением, ковкой) при температуре ниже температуры рекристаллизации (холодная деформация). В процессе деформации многократно увеличивается плотность дислокаций. Они начинают взаимодействовать, переплетаться и мешать движению друг друга, что приводит к значительному росту твёрдости и прочности.

• Химико-термическая обработка

  Этот метод изменяет химический состав и структуру поверхностного слоя детали для придания ему высокой твёрдости и износостойкости, сохраняя при этом вязкую сердцевину. Примеры:

  • Цементация: Насыщение поверхности низкоуглеродистой стали углеродом с последующей закалкой.

  • Азотирование: Насыщение поверхности легированных сталей азотом, который образует очень твёрдые нитриды.

  • Нитроцементация (цианирование): Одновременное насыщение поверхности углеродом и азотом.

• Измельчение зерна

  Металлы имеют поликристаллическую структуру, состоящую из множества зёрен (кристаллитов). Границы зёрен являются эффективными препятствиями для движения дислокаций. Уменьшая средний размер зерна, мы увеличиваем общую протяжённость границ, что приводит к повышению твёрдости и прочности (согласно соотношению Холла-Петча). Добиться мелкого зерна можно за счёт контроля скорости кристаллизации, применения специальных модификаторов или проведения термомеханической обработки (деформации с последующей рекристаллизацией).

Ответ: Твёрдость металлов и сплавов можно повысить следующими основными способами: легированием (созданием сплавов с более сложной кристаллической структурой), термической обработкой (закалкой, старением), пластической деформацией (наклепом), химико-термической обработкой для упрочнения поверхности (цементацией, азотированием) и измельчением размера зерна.